劉亞楠 黃宇玲 楊秀紅

華北理工大學基礎醫(yī)學院 河北唐山 063210；①附屬醫(yī)院

近年來研究表明，硫化氫(hydrogen sulfide，H2S)與其合成的酶胱硫醚-r-裂解酶(cys- tathionine-γ-lyase，CSE)作為一個整體(H2S/CSE體系)，參與了高血壓發(fā)病，但具體機制尚不清楚。腎素-血管緊張素(renin-angiotensin system，RAS)系統(tǒng)是體內(nèi)重要的血壓調控系統(tǒng)。本文就H2S/CSE體系、RAS系統(tǒng)及兩者在高血壓方面的研究進展作一綜述。

1 H2S/CSE體系

1.1H2S的生物學特性 H2S是一種具有臭雞蛋氣味的氣體，以往人們一直致力于其毒性作用的研究。 直到20世紀90年代中期，眾多H2S的研究者們才發(fā)現(xiàn)內(nèi)源性H2S與NO、CO相似，具有多種生物學功能，參與機體多種病理生理過程。

1.1.1H2S的來源與合成酶的分布 在哺乳動物體內(nèi)，H2S的主要來源是以L型半胱氨酸為底物，在胱硫醚-β-合成酶(cystathionine-β-synthase，CBS)、胱硫醚-γ- 裂解酶(cystathionine -γ-lyase，CSE) 和3-硫基丙酮酸轉硫酶 (3-mercapto-sulfurtransferase，3-MST) 的催化作用下生成，作為終產(chǎn)物的H2S對這些酶有負反饋調節(jié)作用[1]。少量H2S來源于非酶途徑產(chǎn)生，在糖的氧化中由元素硫到H2S。極少部分H2S來源于腸道菌叢。CSE主要存在于心臟中，對維持正常的心臟功能很重要，其分布于心肌組織和肺動脈、主動脈、腸系膜動脈、尾動脈以及門靜脈等血管組織，在血管組織中主要表達于血管平滑肌細胞及內(nèi)皮細胞，在心血管系統(tǒng)中H2S的生成主要靠CSE的活性調節(jié)，由此構成H2S/CSE體系[2]。CBS主要分布于肝臟、胰腺、腎臟、大腦和肺部，在神經(jīng)系統(tǒng)中CBS為產(chǎn)生H2S的關鍵酶。3-MST在體內(nèi)含量較少，在心血管(線粒體)、腦、紅細胞、、肝臟、腎臟中均有表達。紅細胞內(nèi)源性H2S的產(chǎn)生主要依賴3-MST的作用。

1.1.2H2S的性質與代謝 H2S具有分子小，水溶性好，能迅速透過生物膜；低濃度時產(chǎn)生生物效應，高濃度時產(chǎn)生毒性作用；無需受體啟動細胞內(nèi)信號等生物學性質。H2S在體內(nèi)以H2S分子形式或H+和HS-離子形式存在，兩種形式在體內(nèi)維持動態(tài)平衡。生理條件下，內(nèi)源性H2S極難在體內(nèi)積聚產(chǎn)生細胞毒性，由于H2S可通過氧化或甲基化代謝生成硫酸鹽、硫代硫酸鹽或甲硫醚、甲硫醇等毒性較低的產(chǎn)物，但是這些產(chǎn)物在24小時內(nèi)可從腎臟、腸道和肺排出體外[3]。

1.1.3H2S的作用機制 H2S主要通過開放ATP敏感鉀通道(ATP sensitive potassium channel， KATP)發(fā)揮生理學作用。在心血管系統(tǒng)中，H2S作用于血管平滑肌的KATP通道，使血管平滑肌細胞膜超極化，抑制Ca2+內(nèi)流，進而舒張血管平滑肌。此外相關基礎研究發(fā)現(xiàn)H2S可能通過多條細胞內(nèi)信號通路發(fā)揮多種生物學效應，如H2S通過細胞絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-actived protein kinase，MAPK)途徑抑制血管平滑肌細胞增殖；通過核轉錄因子-κB(nuclear factor-κB，NF-κB)通路發(fā)揮抗炎效應；通過磷酸酰肌醇3-激酶/絲氨酸蘇氨酸蛋白激酶(phosphatidylinositol 3-kinase/serine/threonine protein kinase，PI3K/AKt)信號轉導途徑促進內(nèi)皮細胞遷移、增殖等。

1.2H2S/CSE體系與高血壓 H2S作為一種氣體介質，在心血管系統(tǒng)中具有舒張和降壓作用。動物研究發(fā)現(xiàn)自發(fā)性高血壓大鼠和腎血管性高血壓大鼠血漿H2S的濃度明顯降低，且CSE基因的表達和蛋白活性都受到抑制，提示高血壓大鼠體內(nèi)H2S/CSE體系下調[2]。CSE基因敲除小鼠血壓升高，通過體內(nèi)H2S給藥可降低血壓。臨床研究也發(fā)現(xiàn)，初診的原發(fā)性高血壓患者血漿H2S濃度與血壓呈負相關。兒童高血壓患者血漿H2S亦有顯著下降[4]。以上研究提示H2S是維持基礎血壓的一個重要因素[5]，H2S/CSE體系下調參與高血壓發(fā)病。

H2S的血管舒張和細胞保護功能使其成為治療高血壓及與之相關的心血管病的候選藥物[6]。在實驗模型中使用H2S時，經(jīng)常使用可溶性硫化物鹽，如NaHS和Na2S，另一種方法是輸送H2S氣體或緩釋H2S供體。NaHS治療可減輕高血壓性心臟病。補充NaHS可以通過抑制氧化應激，下調氧化酶，上調抗氧化酶改善腎血管性高血壓內(nèi)皮功能障礙[2]。高鹽飲食可降低鹽敏性高血壓大鼠內(nèi)源性H2S含量，抑制腎組織中CBS的表達[7]。然而，H2S供體可以抑制鹽敏性高血壓，逆轉主動脈結構重構，抑制鹽敏性高血壓大鼠腎組織RAS系統(tǒng)的激活。在自發(fā)性高血壓大鼠模型中早期使用Na2S治療可增加腎臟H2S濃度，恢復NO生物利用度，阻斷腎臟中的RAS，有利于血管舒張，預防高血壓的發(fā)生[8]。

1.3H2S/CSE體系與高血壓血管重塑 高血壓血管重塑是導致心、腦、腎等靶器官損害的重要病理基礎，主要表現(xiàn)為平滑肌細胞增殖、肥大及遷移、內(nèi)皮細胞功能障礙和細胞外基質膠原增加等。近年研究發(fā)現(xiàn)H2S/CSE體系參與了高血壓血管重塑，可能機制如下：

1.3.1H2S/CSE體系改善血管內(nèi)皮功能 內(nèi)皮功能不全是高血壓血管重塑發(fā)生發(fā)展的啟動因素，H2S在血管內(nèi)皮功能維持中起著非常重要的作用。H2S對血管的舒張作用依賴于完整的血管內(nèi)皮，一方面通過直接興奮KATP通道使細胞膜出現(xiàn)超極化引起血管舒張，另一方面通過內(nèi)皮細胞增加對鉀離子的電導而實現(xiàn)舒張血管。H2S對血管內(nèi)皮細胞功能的保護機制可能是通過抑制細胞凋亡、抑制內(nèi)皮細胞炎癥分子的表達、促進血管內(nèi)皮細胞的增殖等發(fā)生作用的[9]。此外，H2S對內(nèi)皮細胞的保護與其降低氧自由基和抗氧化作用有關。

1.3.2H2S/CSE體系抑制平滑肌細胞增殖、誘導平滑肌細胞凋亡 血管平滑肌細胞的異常增殖，是高血壓發(fā)病的重要病理環(huán)節(jié)。Yang[10]等研究發(fā)現(xiàn)CSE基因缺陷的小鼠血管平滑肌細胞異常增殖，提出CSE的表達水平對血管平滑肌細胞來說是一個重要的調節(jié)因素，增加內(nèi)源性H2S產(chǎn)生能抑制平滑肌細胞的增殖。體外實驗發(fā)現(xiàn)H2S能通過MAPK信號途徑劑量依賴性抑制平滑肌細胞增殖，主要是上調細胞外信號調節(jié)激酶和細胞周期蛋白依賴性激酶抑制蛋白p21Cip/WAK-1 的磷酸化水平[11]。除此之外，研究者還發(fā)現(xiàn)H2S通過下調凋亡抑制因子及核轉錄因子水平，最終激活效應因子含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶而促進平滑肌細胞凋亡[12]。

1.3.3H2S/CSE體系抑制細胞外基質膠原的增加 膠原過度積聚也是高血壓血管重塑的主要病理過程之一。有研究報道[13]內(nèi)源性H2S可能通過調節(jié)基質金屬蛋白酶(matrix metallo proteinases，MMPs) /組織型金屬蛋白酶抑制物(tissue inhibitor of metalloproteinases，TIMP)表達，增加血管壁膠原成分的降解，減少膠原含量及細胞外基質膠原的沉積，從而緩解血管重塑。另有研究報道外源性補充H2S能減少自發(fā)性高血壓大鼠主動脈中羥脯氨酸的生成和Ⅰ型膠原的含量[14]。

2 RAS系統(tǒng)

RAS系統(tǒng)是相互作用又相互調節(jié)的激素與受體系統(tǒng)，在人類高血壓形成中起著關鍵的作用[15]。近年隨著局部組織RAS系統(tǒng)和RAS系統(tǒng)新成員如血管緊張素轉化酶2(angiotensin converting enzyme 2，ACE2)、血管緊張素(angiotensin)17等的發(fā)現(xiàn)和深入研究，讓人們對RAS系統(tǒng)又有了更新的認識。

2.1RAS系統(tǒng)的構成、分布和功能

2.1.1腎素或腎素原-腎素原受體-MAP激酶 ERK1/2軸(prorenin/PRR/MAP kinases ERK 1/2 axis) 腎素(renin，REN)是一種糖基化的單鏈蛋白水解酶，主要來源于腎臟近球細胞，在腎外一些組織器官如子宮、胎盤、腎上腺、心臟等也能生成少量類腎素物質。腎素由腎素原在內(nèi)肽酶的作用下脫去43個氨基酸后成為腎素，經(jīng)過腎靜脈進入血液循環(huán)，然后作用于它的特殊底物血管緊張素原[16]。近年研究發(fā)現(xiàn)腎素和腎素原的作用機制可以不依賴于AngII的產(chǎn)生，而是通過腎素原受體(pre-renin receptor，PRR)介導進行[17]。PRR廣泛分布于心臟、腦和胎盤，在肝臟和腎臟也發(fā)現(xiàn)低水平的PRR。PRR與腎素或腎素原結合主要激活MAPK/ ERK1/2發(fā)揮血管收縮、蛋白合成、細胞增殖和抑制細胞凋亡等病理生理作用，即形成腎素或腎素原-腎素原受體-MAP激酶 ERK1/2軸[18]。

2.1.2經(jīng)典的腎素-血管緊張素轉換酶-血管緊張素II-血管緊張素受體1軸(renin/ACE/Ang II/ AT1 receptor axis) 血管緊張素原(angiotensinogen，AGT)為腎素作用的底物，是一種球狀糖蛋白，主要由肝臟合成，腦、免疫系統(tǒng)和腎臟等組織器官也能少量合成。AGT除在腎素、血管緊張素轉換酶(angiotensin converting enzyme，ACE)作用下，生成血管緊張素II(AngII)外，還可通過組織蛋白酶轉化為AngII，即非腎素轉化途徑。

細胞內(nèi)AngII的發(fā)現(xiàn)打破了以往AngII只存在于循環(huán)之中的認識，為RAS的旁分泌和胞分泌提供了理論根據(jù)[19]。AngIII是AngII在氨基肽酶A或N的作用下分解形成。AngII和AngIII均具有明顯的生理效應，二者均作用于血管緊張素1受體(AT1R)和血管緊張素2受體(AT2R)，但主要通過AT1R發(fā)揮作用。AngII和AngIII除可被靶細胞攝取外，主要為血漿中血管緊張素分解酶所滅活。由于AngIII的代謝清除率是AngII的5倍，因此在RAS系統(tǒng)中AngII起主導作用[20]。

ACE是一種含鋅蛋白酶，主要由肺臟產(chǎn)生，還存在于肝、腎、腦、眼球、小腸、胎盤等組織器官中。ACE除了將無活性AngI轉化為有很強血管收縮活性的AngII之外，還可以滅活有血管擴張效應的緩激肽[21]。

血管緊張素受體分為AT1-4R4種類型，目前了解較多的是AT1R和AT2R。AT1R主要表達于心臟、動脈、腎上腺、腎臟，而AT2R主要在胎兒中表達，成熟的組織中只在腎上腺髓質、子宮、卵巢、血管內(nèi)皮及大腦的特定區(qū)域有高密度表達[22]。

AT1R和AT2R雖然屬于相同的受體家族，但其介導的生物活性卻顯著不同。AngII幾乎所有的生物學效應均是由AT1R介導，促進細胞增生遷移、增加細胞外基質沉積、收縮血管、促炎、促氧化應激、血栓形成及等效應，由此構成了經(jīng)典的ACE/AngII/AT1R軸[23]。而AT2R所介導的生物學效應主要是發(fā)揮舒張血管，抗增生、抗血栓，誘導凋亡及產(chǎn)生一氧化氮( NO)等效應。也就是說，AT2R介導的生物效應與AT1R所介導的相反，兩者處于動態(tài)平衡之中[24]。

2.1.3血管緊張素轉換酶2-血管緊張素(1～7)-Mas受體軸 (ACE2/Ang (1～7)/Mas receptor axis) ACE2與ACE為同源物，是一種羧肽酶，主要分布于腎臟、心臟、睪丸、結腸和肺部等組織[25]。AngI和AngII是ACE2的作用底物。ACE2可以水解AngI生成Ang(1-9)，還可以水解AngII產(chǎn)生Ang(1～7)，水解AngII產(chǎn)生Ang(1～7)是ACE2主要生物學功能，是其水解AngI的400倍。說明在RAS系統(tǒng)中，ACE和ACE2之間的平衡決定著AngII的水平[26]。

Ang(1～9)是生成Ang(1～7)的前體，在ACE或其他肽酶的作用下生成Ang(1～7)[27]，其生物學效應為抑制ACE生成AngII，降低AngII水平，以及增加花生四烯酸和NO的釋放。此外，通過AT2R，Ang(1～9)能拮抗由AngII介導的心肌細胞肥大信號通路。

Ang(1～7)是RAS系統(tǒng)的新成員，來源于3種底物：AngI、AngII和Ang(1～9)。ACE2是Ang(1～7)生成的限速酶。Mas受體是Ang(1～7)的受體，是由Mas原癌基因編碼的G蛋白偶聯(lián)受體。Ang(1～7)具有拮抗AngII、舒張血管、降低機體血壓、抑制心肌重塑、改善內(nèi)皮功能、抗細胞增殖等作用，這些作用(部分)由Mas受體介導，形成了ACE2/Ang(1～7)/MasR軸[28]。

2.1.4血管緊張素IV-血管緊張素受體4- IRAP軸(Ang IV/AT4/IRAP axis) 血管緊張素IV(AngIV)主要在腎臟內(nèi)由AngII或AngIII在氨基肽酶A和N的作用下水解生成，其受體為胰島素調控氨基肽酶受體(inshulin-regulated aminopeptidase，IRAP)，又稱AT4/IRAP[29]。IRAP 是一種2型完整的跨膜蛋白，其與氨基肽酶M1家族和胰島素效應細胞葡萄糖轉運體相聯(lián)系。

AngIV與AT4/IRAP結合除促進腎臟近端小管攝取和轉運葡萄糖外，還與經(jīng)典的ACE/AngII/AT1R激活的信號轉導途徑相互作用，產(chǎn)生收縮腎血管、升高血壓，調節(jié)心肌纖維、內(nèi)皮細胞和血管平滑肌細胞的生長等多種心血管效應[30]。

2.2RAS系統(tǒng)與高血壓 現(xiàn)有大量研究證實，在調控血壓方面RAS系統(tǒng)主要依賴于以下2條軸：一是具有促血管收縮、升高血壓作用的經(jīng)典ACE/AngII/AT1受體軸，二是血管舒張、降低血壓作用的ACE2/Ang(1～7)/Mas受體軸。二者的作用相互拮抗、相互制約。

在經(jīng)典ACE/AngII/AT1受體軸中，AngII是該軸主要的效應分子。首先，AngII有強烈的縮血管作用，可通過刺激腎上腺皮質球狀帶，促使醛固酮分泌，導致鈉水潴留，血壓升高[31]；其次，AngII增加去甲腎上腺素的釋放通過刺激交感神經(jīng)節(jié)，提高交感神經(jīng)遞質和特異性受體的活性，使血壓升高[32]；再次，AngII還可通過氧化激活和炎癥反應誘導高血壓的發(fā)生，并能反饋性地抑制腎臟分泌腎素和刺激腎臟分泌前列腺素，調整血壓水平[33]。

在ACE2/Ang(1～7)/Mas受體軸中，Ang (1～7)是該軸主要的活性產(chǎn)物。首先，Ang (1～7)通過刺激Mas、激活AT2R，促進前列腺素、緩激肽和一氧化氮的釋放，改善血管內(nèi)皮功能發(fā)揮降壓作用[34]；其次，Ang (1～7)可促進下丘腦垂體后葉釋放降壓物質，降低血壓；再次，Ang (1～7)可能抑制鈉在腎小管上皮細胞轉運通過磷脂酶A2途徑，同時促進前列環(huán)素2的生成，增加細胞膜通透性，排鈉利尿，使血壓下降[35]。

2.3RAS系統(tǒng)與高血壓血管重塑 在高血壓血管重塑過程中，經(jīng)典ACE/AngII/AT1R軸與ACE2/Ang(1～7)/MasR軸分別表現(xiàn)出不同的活性，經(jīng)典軸促進血管重塑，致病性作用提高，非經(jīng)典軸抑制血管重塑，保護性作用降低。

2.3.1經(jīng)典ACE/AngII/AT1R軸與血管重塑 大量研究證實AngII在高血壓血管重塑中起著重要作用。首先，AngII導致血管內(nèi)皮功能不全啟動血管重塑，其機制可能是多方面的[36,37]：AngII促進內(nèi)皮細胞分泌內(nèi)皮素和組織型纖溶酶原激活抑制物；AngII誘導各種炎癥因子和粘附分子的表達；AngII促進活性氧(reactive oxygen species，ROS)的生成和抑制NO的產(chǎn)生等；其次，AngII刺激血管平滑肌增生、肥大參與高血壓血管重塑。有研究報道在培養(yǎng)液中放入AngII可使自發(fā)性高血壓大鼠的平滑肌細胞增殖，應用ACE抑制劑可有效地抑制平滑肌細胞增殖和逆轉血管肥厚；再次，AngII通過刺激結締組織生長因子等生長因子、炎癥因子的表達刺激膠原纖維增生以及細胞外基質沉積，加速血管平滑肌的生長發(fā)育，促進血管重塑的形成。此外，AngII還能通過激活基質金屬蛋白酶降解細胞外基質，通過AT1R激活細胞外信號調節(jié)激酶1/2和p38絲裂原活化蛋白激酶，增加I型膠原的合成等共同促進血管重塑。

2.3.2ACE2/Ang(1～7)/MasR軸與血管重塑 新近研究發(fā)現(xiàn)，ACE2/Ang(1～7)/MasR軸可以逆轉AngII所致血管重塑作用,其功效是通過ACE2主要的生物活性產(chǎn)物Ang(1～7)調控實現(xiàn)的。Ang(1～7)是能對抗AngII作用的最強的舒血管活性物質之一，對血管重構的影響除主要拮抗AngII的生物學效應外，還能改善血管內(nèi)皮功能和抑制血管平滑肌細胞增殖。Ang(1～7)能通過MasR途徑誘導內(nèi)皮型一氧化氮合酶活化，保護血管內(nèi)皮功能[38]；還能通過緩激肽B2受體介導抑制人臍靜脈內(nèi)皮細胞的損傷和凋亡[39]。Bas[33]等通過對球囊損傷頸動脈SD大鼠模型連續(xù)靜脈滴注Ang(1～7)12天后，血管新生內(nèi)膜和中膜細胞DNA的合成，主要是平滑肌細胞DNA的合成顯著減少，說明在體平滑肌細胞的增殖受到Ang(1～7)的抑制。Ang( 1～7)還能通過促進前列環(huán)素2釋放調控環(huán)狀核苷酸(cyclic Adenosine monophosphate，cAMP)生成，激活依賴cAMP的蛋白激酶并抑制MAPK的活性從而減少血管損傷后血管平滑肌細胞的增殖，逆轉血管重塑。

2.4H2S/CSE體系與RAS系統(tǒng)的關系 關于H2S/CSE體系與RAS系統(tǒng)的關系，目前國內(nèi)外研究報道甚少，但在高血壓的不同方面研究中均可見兩系統(tǒng)有一定的關聯(lián)，具體機制有待于深入探討。

Lu[40]等研究發(fā)現(xiàn)外源性給予腎血管性高血壓大鼠NaHS(H2S供體)，結果發(fā)現(xiàn)大鼠血漿腎素的活性和AngII的水平明顯降低，且腎素mRNA 和蛋白水平也明顯下調，由此推測H2S減輕腎血管性高血壓可能通過減少腎素的合成和釋放來抑制腎素的活性，原因是由于H2S能抑制腺苷酸環(huán)化酶，從而下調腎小球旁細胞環(huán)磷酸腺苷的表達，抑制了腎素的釋放[41]。應用NaHS可減輕AngII誘導的高血壓性心臟病，心肌肥厚程度、組織纖維化程度、促纖維化基因表達及氧化應激水平均顯著降低[42]。AngII和轉化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)可以誘導腎小管上皮間質轉化導致腎硬化，給予NaHS后AngII和TGF-β的腎小管上皮間質轉化作用被破壞，TGF-β活性降低[43]。應用NaHS還可上調頸動脈ACE2的表達，促進AngII轉化為Ang(1～7)，顯著降低動脈粥樣硬化的嚴重程度[44]。

H2S具有和金屬蛋白中的金屬離子(如銅離子、鋅離子)結合的特性。ACE是一種含有鋅離子的蛋白酶，近年來有研究發(fā)現(xiàn)H2S可以與ACE活性中心的鋅離子結合，從而抑制ACE的活性，且這種抑制作用與劑量有依賴關系，因此H2S能發(fā)揮舒張血管的作用通過減少AngII的生成，抑制緩激肽的降解[45]。但也有人持相反意見，認為H2S不影響ACE的活性。

Zhao[46]等研究發(fā)現(xiàn)H2S能顯著抑制AngII誘導的平滑肌細胞合成和分泌膠原，進一步抑制血管重塑而抗高血壓形成。另有研究H2S能下調AngII的AT1受體蛋白表達進而減輕兩腎一夾模型大鼠的心肌重構。

更值得關注的是，氯沙坦的活性代謝產(chǎn)物-EXP3174，一種血管緊張素受體拮抗劑，可以釋放H2S，其不僅阻斷AngII受體產(chǎn)生抗高血壓作用，也通過釋放的H2S發(fā)揮舒血管、抗血小板聚集和心臟保護抗高血壓[47]。

隨著對RAS系統(tǒng)研究和認識的不斷深入，一些針對RAS為靶點的藥物研究為高血壓病的治療提供了更多的選擇。ACE2可通過Ang(1～7)產(chǎn)生舒張血管活性和抗增生作用，提供了一個抗衡的AngII系統(tǒng)，因此ACE2的發(fā)現(xiàn)開創(chuàng)了RAS系統(tǒng)研究的新領域，有望成為未來高血壓防治的一個新靶點。此外腎素抑制劑、(前)腎素受體阻斷劑、AT2受體激動劑和多靶點藥物聯(lián)合的固定配方制劑也為防治高血壓及其靶器官損傷提供新的思路和方向。

探索H2S/CSE體系在高血壓發(fā)病機制中的作用，尋求新的高血壓治療途徑，正是人們深入研究H2S/CSE體系的意義所在。目前關于H2S的臨床研究很少，因此進行H2S的臨床研究和將其應用于臨床，是當前及以后研究的嶄新課題。H2S/CSE體系與 RAS 系統(tǒng)相互作用的深入研究對于開發(fā)出H2S治療的新領域，尤其對研發(fā)出新一代的抗高血壓藥物來說無疑是起到了一種推進作用。